Linux作為挑戰(zhàn)微軟壟斷的強(qiáng)有力武器，日益受到大家的喜愛。真希望她能在中國迅速成長。把程序文檔貼出來，希望和大家探討Linux技術(shù)和應(yīng)用，促進(jìn)Linux在中國的普及。

Linux操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序編寫

一.Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概述

1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分類

1.2 編寫驅(qū)動(dòng)程序的一些基本概念

二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

2.1 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)

2.2 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的基本方法

2.3 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.4 常用的系統(tǒng)支持

三。編寫Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中可能遇到的問題

3.1 中斷共享

3.2 硬件發(fā)送忙時(shí)的處理

3.3 流量控制（flow control）

3.4 調(diào)試

四。進(jìn)一步的閱讀

五。雜項(xiàng)

一.Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概述

1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分類

Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在Linux的內(nèi)核源代碼中占有很大的比例，源代碼的長度日益增加，主要是驅(qū)動(dòng)程序的增加。在Linux內(nèi)核的不斷升級(jí)過程中，驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)還是相對(duì)穩(wěn)定 。在2.0.xx到2.2.xx的變動(dòng)里，驅(qū)動(dòng)程序的編寫做了一些改變，但是從2.0.xx的驅(qū)動(dòng)到2.2.xx的移植只需做少量的工作。

Linux系統(tǒng)的設(shè)備分為字符設(shè)備（char device），塊設(shè)備（block device）和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（net work device）三種。字符設(shè)備是指存取時(shí)沒有緩存的設(shè)備。塊設(shè)備的讀寫都有緩存來支 持，并且塊設(shè)備必須能夠隨機(jī)存?。╮andom access），字符設(shè)備則沒有這個(gè)要求。典型的 字符設(shè)備包括鼠標(biāo)，鍵盤，串行口等。塊設(shè)備主要包括硬盤軟盤設(shè)備，CD-ROM等。一個(gè) 文件系統(tǒng)要安裝進(jìn)入操作系統(tǒng)必須在塊設(shè)備上。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在Linux里做專門的處理。Linux的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是基于BSD unix的socket機(jī)制。在系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序之間定義有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（sk_buff）進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)里支持對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的緩存，提供流量控制機(jī)制，提供對(duì)多協(xié)議的支持。

1.2 編寫驅(qū)動(dòng)程序的一些基本概念

無論是什么操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序，都有一些通用的概念。操作系統(tǒng)提供給驅(qū)動(dòng)程序的支持也大致相同。下面簡單介紹一下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一些基本要求。

1.2.1 發(fā)送和接收

這是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的功能。一塊網(wǎng)卡所做的無非就是收發(fā)工作。所以驅(qū)動(dòng)程序里要告訴系統(tǒng)你的發(fā)送函數(shù)在哪里，系統(tǒng)在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)就會(huì)調(diào)用你的發(fā) 送程序。還有驅(qū)動(dòng)程序由于是直接操縱硬件的，所以網(wǎng)絡(luò)硬件有數(shù)據(jù)收到最先能得到這個(gè)數(shù)據(jù)的也就 是驅(qū)動(dòng)程序，它負(fù)責(zé)把這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理然后送給系統(tǒng)。這里，操作系統(tǒng)必 須要提供兩個(gè)機(jī)制，一個(gè)是找到驅(qū)動(dòng)程序的發(fā)送函數(shù)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)程序把收到的數(shù)據(jù)送 給系統(tǒng)。

1.2.2 中斷

中斷在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中有重要的地位。操作系統(tǒng)必須提供驅(qū)動(dòng)程序響應(yīng)中斷的能力。 一般是把一個(gè)中斷處理程序注冊(cè)到系統(tǒng)中去。操作系統(tǒng)在硬件中斷發(fā)生后 調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序 的處理程序。Linux支持中斷的共享，即多個(gè)設(shè)備共享一個(gè)中斷。

1.2.3 時(shí)鐘

在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，很多地方會(huì)用到時(shí)鐘。如某些協(xié)議里的超時(shí)處理，沒有中斷機(jī)制的 硬件的輪詢等。操作系統(tǒng)應(yīng)為驅(qū)動(dòng)程序提供定時(shí)機(jī)制。一般是在預(yù)定的時(shí) 間過了以后回 調(diào)注冊(cè)的時(shí)鐘函數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中，如果硬件沒有中斷功能，定時(shí)器可以提供輪詢 （poll）方式對(duì)硬件進(jìn)行存取?；蛘呤菍?shí)現(xiàn)某些協(xié)議時(shí)需要的超時(shí)重傳等。

二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

2.1 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)

所有的Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序遵循通用的接口。設(shè)計(jì)時(shí)采用的是面向?qū)ο蟮姆椒?。一個(gè)設(shè)備 就是一個(gè)對(duì)象（device 結(jié)構(gòu)），它內(nèi)部有自己的數(shù)據(jù)和方法。每一個(gè)設(shè)備的方法被調(diào)用時(shí) 的第一個(gè)參數(shù)都是這個(gè)設(shè)備對(duì)象本身。這樣這個(gè)方法就可以存取自身的數(shù)據(jù)（類似面向?qū)?象程序設(shè)計(jì)時(shí)的this引用）。 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收。

------------------- ---------------------

|deliver packets | |receive packets queue|

|（dev_queue_xmit（）） | |them（netif_rx（）） |

------------------- ---------------------

| | /

/ | |

-------------------------------------------------------

| methods and variables（initialize，open，close，hard_xmit，|

| interrupt handler，config，resources，status.。.） |

-------------------------------------------------------

| | /

/ | |

----------------- ----------------------

|send to hardware | |receivce from hardware|

----------------- ----------------------

| | /

/ | |

-----------------------------------------------------

| hardware media |

-----------------------------------------------------

初始化程序完成硬件的初始化、device中變量的初始化和系統(tǒng)資源的申請(qǐng)。發(fā)送程序是 在驅(qū)動(dòng)程序的上層協(xié)議層有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)自動(dòng)調(diào)用的。一般驅(qū)動(dòng)程序中不對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn) 行緩存，而是直接使用硬件的發(fā)送功能把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)一般是通過硬件中斷 來通知的。在中斷處理程序里，把硬件幀信息填入一個(gè)skbuff結(jié)構(gòu)中，然后調(diào)用netif_ rx（）傳遞給上層處理。

2.2 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的基本方法

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備做為一個(gè)對(duì)象，提供一些方法供系統(tǒng)訪問。正是這些有統(tǒng)一接口的方法，掩蔽 了硬件的具體細(xì)節(jié)，讓系統(tǒng)對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的訪問都采用統(tǒng)一的形式，做到硬件無關(guān)性 。

下面解釋最基本的方法。

2.2.1 初始化（initialize）

驅(qū)動(dòng)程序必須有一個(gè)初始化方法。在把驅(qū)動(dòng)程序載入系統(tǒng)的時(shí)候會(huì)調(diào)用這個(gè)初始化程序 。它做以下幾方面的工作。檢測(cè)設(shè)備。在初始化程序里你可以根據(jù)硬件的特征檢查硬件 是否存在，然后決定是否啟動(dòng)這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。配置和初始化硬件。在初始化程序里你可 以完成對(duì)硬件資源的配置，比如即插即用的硬件就可以在這個(gè)時(shí)候進(jìn)行配置（Linux內(nèi)核 對(duì)PnP功能沒有很好的支持，可以在驅(qū)動(dòng)程序里完成這個(gè)功能）。配置或協(xié)商好硬件占用 的資源以后，就可以向系統(tǒng)申請(qǐng)這些資源。有些資源是可以和別的設(shè)備共享的，如中斷 。有些是不能共享的，如IO、DMA。接下來你要初始化device結(jié)構(gòu)中的變量。最后，你可 以讓硬件正式開始工作。

2.2.2 打開（open）

open這個(gè)方法在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序里是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被激活的時(shí)候被調(diào)用（即設(shè)備狀態(tài)由down--》up）。所以實(shí)際上很多在initialize中的工作可以放到這里來做。比如資源的申請(qǐng)， 硬件的激活。如果dev-》open返回非0（error），則硬件的狀態(tài)還是down。 open方法另一個(gè)作用是如果驅(qū)動(dòng)程序做為一個(gè)模塊被裝入，則要防止模塊卸載時(shí)設(shè)備處 于打開狀態(tài)。在open方法里要調(diào)MOD_INC_USE_COUNT宏。

2.2.3 關(guān)閉（stop）

close方法做和open相反的工作?？梢葬尫拍承┵Y源以減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。close是在設(shè)備狀 態(tài)由up轉(zhuǎn)為down時(shí)被調(diào)用的。另外如果是做為模塊裝入的驅(qū)動(dòng)程序，close里應(yīng)該調(diào)用M OD_DEC_USE_COUNT，減少設(shè)備被引用的次數(shù)，以使驅(qū)動(dòng)程序可以被卸載。 另外close方法必須返回成功（0==success）。

2.2.4 發(fā)送（hard_start_xmit）

所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都必須有這個(gè)發(fā)送方法。在系統(tǒng)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的xmit時(shí)，發(fā)送 的數(shù)據(jù)放在一個(gè)sk_buff結(jié)構(gòu)中。一般驅(qū)動(dòng)程序把數(shù)據(jù)傳給硬件發(fā)出去。也有一些特殊 的設(shè)備比如loopback把數(shù)據(jù)組成一個(gè)接收數(shù)據(jù)再回送給系統(tǒng)，或者dummy設(shè)備直接丟棄數(shù) 據(jù)。

如果發(fā)送成功，hard_start_xmit方法里釋放sk_buff，返回0（發(fā)送成功）。如果設(shè)備暫時(shí) 無法處理，比如硬件忙，則返回1。這時(shí)如果dev-》tbusy置為非0，則系統(tǒng)認(rèn)為硬件忙， 要等到dev-》tbusy置0以后才會(huì)再次發(fā)送。tbusy的置0任務(wù)一般由中斷完成。硬件在發(fā)送 結(jié)束后產(chǎn)生中斷，這時(shí)可以把tbusy置0，然后用mark_bh（）調(diào)用通知系統(tǒng)可以再次發(fā)送。 在發(fā)送不成功的情況下，也可以不置dev-》tbusy為非0，這樣系統(tǒng)會(huì)不斷嘗試重發(fā)。如果 hard_start_xmit發(fā)送不成功，則不要釋放sk_buff。傳送下來的sk_buff中的數(shù)據(jù)已經(jīng)包 含硬件需要的幀頭。所以在發(fā)送方法里不需要再填充硬件幀頭，數(shù)據(jù)可以直接提交給硬 件發(fā)送。sk_buff是被鎖住的（locked），確保其他程序不會(huì)存取它。

2.2.5 接收（reception）

驅(qū)動(dòng)程序并不存在一個(gè)接收方法。有數(shù)據(jù)收到應(yīng)該是驅(qū)動(dòng)程序來通知系統(tǒng)的。一般設(shè)備 收到數(shù)據(jù)后都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，在中斷處理程序中驅(qū)動(dòng)程序申請(qǐng)一塊sk_buff（skb），從 硬件讀出數(shù)據(jù)放置到申請(qǐng)好的緩沖區(qū)里。接下來填充sk_buff中 的一些信息skb-》dev = dev，判斷收到幀的協(xié)議類型，填入skb-》protocol（多協(xié) 議的支持）。把指針skb-》m ac.raw指向硬件數(shù)據(jù)然后丟棄硬件幀頭（skb_pull）。還要設(shè)置skb-》pkt_type，標(biāo)明第二 層（鏈路層）數(shù)據(jù)類型?？梢允且韵骂愋停?/p>

PACKET_BROADCAST ： 鏈路層廣播

PACKET_MULTICAST ： 鏈路層組播

PACKET_SELF ： 發(fā)給自己的幀

PACKET_OTHERHOST ： 發(fā)給別人的幀（監(jiān)聽模式時(shí)會(huì)有這種幀）

最后調(diào)用netif_rx（）把數(shù)據(jù)傳送給協(xié)議層。netif_rx（）里數(shù)據(jù)放入處理隊(duì)列然后返回， 真正的處理是在中斷返回以后，這樣可以減少中斷時(shí)間。調(diào)用netif_rx（）以后， 驅(qū)動(dòng)程序就不能再存取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)skb。

2.2.6 硬件幀頭（hard_header）

硬件一般都會(huì)在上層數(shù)據(jù)發(fā)送之前加上自己的硬件幀頭，比如以太網(wǎng)（Ethernet）就有14 字節(jié)的幀頭。這個(gè)幀頭是加在上層ip、ipx等數(shù)據(jù)包的前面的。驅(qū)動(dòng)程序提供一個(gè)hard_ header方法，協(xié)議層（ip、ipx、arp等）在發(fā)送數(shù)據(jù)之前會(huì)調(diào)用這段程序。 硬件幀頭的長度必須填在dev-》hard_header_len，這樣協(xié)議層回在數(shù)據(jù)之前保留好硬件 幀頭的空間。這樣hard_header程序只要調(diào)用skb_push然后正確填入硬件幀頭就可以了。

在協(xié)議層調(diào)用hard_header時(shí)，傳送的參數(shù)包括（2.0.xx）：數(shù)據(jù)的sk_buff，device指針 ，protocol，目的地址（daddr），源地址（saddr），數(shù)據(jù)長度（len）。數(shù)據(jù)長度不要使用s k_buff中的參數(shù)，因?yàn)檎{(diào)用hard_header時(shí)數(shù)據(jù)可能還沒完全組織好。saddr是NULL的話 是使用缺省地址（default）。daddr是NULL表明協(xié)議層不知道硬件目的地址。如果hard_h eader完全填好了硬件幀頭，則返回添加的字節(jié)數(shù)。如果硬件幀頭中的信息還不完全（比 如daddr為NULL，但是幀頭中需要目的硬件地址。典型的情況是以太網(wǎng)需要地址解析（ar p）），則返回負(fù)字節(jié)數(shù)。hard_header返回負(fù)數(shù)的情況下，協(xié)議層會(huì)做進(jìn)一步的build he ader的工作。目前Linux系統(tǒng)里就是做arp （如果hard_header返回正，dev-》arp=1，表明 不需要做arp，返回負(fù)，dev-》arp=0，做arp）。

對(duì)hard_header的調(diào)用在每個(gè)協(xié)議層的處理程序里。如ip_output。

2.2.7 地址解析（xarp）

有些網(wǎng)絡(luò)有硬件地址（比如Ethernet），并且在發(fā)送硬件幀時(shí)需要知道目的硬件地址。這 樣就需要上層協(xié)議地址（ip、ipx）和硬件地址的對(duì)應(yīng)。這個(gè)對(duì)應(yīng)是通過地址解析完成的。 需要做arp的的設(shè)備在發(fā)送之前會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的rebuild_header方法。調(diào)用的主要參數(shù) 包括指向硬件幀頭的指針，協(xié)議層地址。如果驅(qū)動(dòng)程序能夠解析硬件地址，就返回1，如 果不能，返回0。

對(duì)rebuild_header的調(diào)用在net/core/dev.c的do_dev_queue_xmit（）里。

2.2.8 參數(shù)設(shè)置和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

在驅(qū)動(dòng)程序里還提供一些方法供系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和讀取信息。一般只有超級(jí) 用戶（root）權(quán)限才能對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置方法有： dev-》set_mac_address（） 當(dāng)用戶調(diào)用ioctl類型為SIOCSIFHWADDR時(shí)是要設(shè)置這個(gè)設(shè)備的mac地址。一般對(duì)mac地址 的設(shè)置沒有太大意義的。

dev-》set_config（） 當(dāng)用戶調(diào)用ioctl時(shí)類型為SIOCSIFMAP時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的set_config方法。用戶 會(huì)傳遞一個(gè)ifmap結(jié)構(gòu)包含需要的I/O、中斷等參數(shù)。

dev-》do_ioctl（）

如果用戶調(diào)用ioctl時(shí)類型在SIOCDEVPRIVATE和SIOCDEVPRIVATE+15之間，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用驅(qū) 動(dòng)程序的這個(gè)方法。一般是設(shè)置設(shè)備的專用數(shù)據(jù)。 讀取信息也是通過ioctl調(diào)用進(jìn)行。除次之外驅(qū)動(dòng)程序還可以提供一個(gè) dev-》get_stats方法，返回一個(gè)enet_statistics結(jié)構(gòu)，包含發(fā)送接收的統(tǒng)計(jì)信息。ioctl的處理在net/core/dev.c的dev_ioctl（）和dev_ifsioc（）里。

@263.net“》linuxman@263.net

.3 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

最重要的是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。定義在include/linux/netdevice.h里。它的注釋已經(jīng)

足夠詳盡。

struct device

{

/*

* This is the first field of the ”visible“ part of this structure

* （i.e. as seen by users in the ”Space.c“ file）。 It is the name

* the interface.

*/

char *name;

/* I/O specific fields - FIXME： Merge these and struct ifmap into one */

unsigned long rmem_end; /* shmem ”recv“ end */

unsigned long rmem_start; /* shmem ”recv“ start */

unsigned long mem_end; /* shared mem end */

unsigned long mem_start; /* shared mem start */

unsigned long base_addr; /* device I/O address */

unsigned char irq; /* device IRQ number */

/* Low-level status flags. */

volatile unsigned char start， /* start an operation */

interrupt; /* interrupt arrived */

/* 在處理中斷時(shí)interrupt設(shè)為1，處理完清0。 */

unsigned long tbusy; /* transmitter busy must be long for

bitops */

struct device *next;

/* The device initialization function. Called only once. */

/* 指向驅(qū)動(dòng)程序的初始化方法。 */

int （*init）（struct device *dev）;

/* Some hardware also needs these fields， but they are not part of the

usual set specified in Space.c. */

/* 一些硬件可以在一塊板上支持多個(gè)接口，可能用到if_port。 */

unsigned char if_port; /* Selectable AUI， TP，。.*/

unsigned char dma; /* DMA channel */

struct enet_statistics* （*get_stats）（struct device *dev）;

/*

* This marks the end of the ”visible“ part of the structure. All

* fields hereafter are internal to the system， and may change at

* will （read： may be cleaned up at will）。

*/

/* These may be needed for future network-power-down code. */

/* trans_start記錄最后一次成功發(fā)送的時(shí)間?？梢杂脕泶_定硬件是否工作正常。*/

unsigned long trans_start; /* Time （in jiffies） of last Tx */

unsigned long last_rx; /* Time of last Rx */

/* flags里面有很多內(nèi)容，定義在include/linux/if.h里。*/

unsigned short flags; /* interface flags （a la BSD） */

unsigned short family; /* address family ID （AF_INET） */

unsigned short metric; /* routing metric （not used） */

unsigned short mtu; /* interface MTU value */

/* type標(biāo)明物理硬件的類型。主要說明硬件是否需要arp。定義在

include/linux/if_arp.h里。 */

unsigned short type; /* interface hardware type */

/* 上層協(xié)議層根據(jù)hard_header_len在發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)前面預(yù)留硬件幀頭空間。*/

unsigned short hard_header_len; /* hardware hdr length */

/* priv指向驅(qū)動(dòng)程序自己定義的一些參數(shù)。*/

void *priv; /* pointer to private data */

/* Interface address info. */

unsigned char broadcast［MAX_ADDR_LEN］; /* hw bcast add */

unsigned char pad; /* make dev_addr aligned to 8

bytes */

unsigned char dev_addr［MAX_ADDR_LEN］; /* hw address */

unsigned char addr_len; /* hardware address length */

unsigned long pa_addr; /* protocol address */

unsigned long pa_brdaddr; /* protocol broadcast addr */

unsigned long pa_dstaddr; /* protocol P-P other side addr */

unsigned long pa_mask; /* protocol netmask */

unsigned short pa_alen; /* protocol address length */

struct dev_mc_list *mc_list; /* Multicast mac addresses */

int mc_count; /* Number of installed mcasts */

struct ip_mc_list *ip_mc_list; /* IP multicast filter chain */

__u32 tx_queue_len; /* Max frames per queue allowed */

/* For load balancing driver pair support */

unsigned long pkt_queue; /* Packets queued */

struct device *slave; /* Slave device */

struct net_alias_info *alias_info; /* main dev alias info */

struct net_alias *my_alias; /* alias devs */

/* Pointer to the interface buffers. */

struct sk_buff_head buffs［DEV_NUMBUFFS］;

/* Pointers to interface service routines. */

int （*open）（struct device *dev）;

int （*stop）（struct device *dev）;

int （*hard_start_xmit） （struct sk_buff *skb，

struct device *dev）;

int （*hard_header） （struct sk_buff *skb，

struct device *dev，

unsigned short type，

void *daddr，

void *saddr，

unsigned len）;

int （*rebuild_header）（void *eth， struct device *dev，

unsigned long raddr， struct sk_buff *skb）;

#define HAVE_MULTICAST

void （*set_multicast_list）（struct device *dev）;

#define HAVE_SET_MAC_ADDR

int （*set_mac_address）（struct device *dev， void *addr）;

#define HAVE_PRIVATE_IOCTL

int （*do_ioctl）（struct device *dev， struct ifreq *ifr， int cmd）;

#define HAVE_SET_CONFIG

int （*set_config）（struct device *dev， struct ifmap *map）;

#define HAVE_HEADER_CACHE

void （*header_cache_bind）（struct hh_cache **hhp， struct device

*dev， unsigned short htype， __u32 daddr）;

void （*header_cache_update）（struct hh_cache *hh， struct device

*dev， unsigned char * haddr）;

#define HAVE_CHANGE_MTU

int （*change_mtu）（struct device *dev， int new_mtu）;

struct iw_statistics* （*get_wireless_stats）（struct device *dev）;

};

2.4 常用的系統(tǒng)支持

2.4.1 內(nèi)存申請(qǐng)和釋放

include/linux/kernel.h里聲明了kmalloc（）和kfree（）。用于在內(nèi)核模式下申請(qǐng)和釋放

內(nèi)存。

void *kmalloc（unsigned int len，int priority）;

void kfree（void *__ptr）;

與用戶模式下的malloc（）不同，kmalloc（）申請(qǐng)空間有大小限制。長度是2的整次方?？?/p>

以申請(qǐng)的最大長度也有限制。另外kmalloc（）有priority參數(shù)，通常使用時(shí)可以為GFP_K

ERNEL，如果在中斷里調(diào)用用GFP_ATOMIC參數(shù)，因?yàn)槭褂肎FP_KERNEL 則調(diào)用者可能進(jìn)入

sleep狀態(tài)，在處理中斷時(shí)是不允許的。

kfree（）釋放的內(nèi)存必須是kmalloc（）申請(qǐng)的。如果知道內(nèi)存的大小，也可以用kfree_s（

）釋放。

2.4.2 request_irq（）、free_irq（）

這是驅(qū)動(dòng)程序申請(qǐng)中斷和釋放中斷的調(diào)用。在include/linux/sched.h里聲明。

request_irq（）調(diào)用的定義：

int request_irq（unsigned int irq，

void （*handler）（int irq， void *dev_id， struct pt_regs *regs），

unsigned long irqflags，

const char * devname，

void *dev_id）;

irq是要申請(qǐng)的硬件中斷號(hào)。在Intel平臺(tái)，范圍0--15。handler是向系統(tǒng)登記的中斷處

理函數(shù)。這是一個(gè)回調(diào)函數(shù)，中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用這個(gè)函數(shù)，傳入的參 數(shù)包括硬件中

斷號(hào)，device id，寄存器值。dev_id就是下面的request_irq時(shí)傳遞 給系統(tǒng)的參數(shù)dev

_id。irqflags是中斷處理的一些屬性。比較重要的有SA_INTERRUPT，

標(biāo)明中斷處理程序是快速處理程序（設(shè)置SA_INTERRUPT）還是慢速處理程序（不設(shè)置SA_IN

TERRUPT）。快速處理程序被調(diào)用時(shí)屏蔽所有中斷。慢速處理程序不屏蔽。還有 一個(gè)SA_

SHIRQ屬性，設(shè)置了以后運(yùn)行多個(gè)設(shè)備共享中斷。dev_id在中斷共享時(shí)會(huì)用到。一般設(shè)置

為這個(gè)設(shè)備的device結(jié)構(gòu)本身或者NULL。中斷處理程序可以用dev_id 找到相應(yīng)的控制這

個(gè)中斷的設(shè)備，或者用irq2dev_map找到中斷對(duì)應(yīng)的設(shè)備。

void free_irq（unsigned int irq，void *dev_id）;

2.4.3 時(shí)鐘

時(shí)鐘的處理類似中斷，也是登記一個(gè)時(shí)間處理函數(shù)，在預(yù)定的時(shí)間過后，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用這

個(gè)函數(shù)。在include/linux/timer.h里聲明。

struct timer_list {

struct timer_list *next;

struct timer_list *prev;

unsigned long expires;

unsigned long data;

void （*function）（unsigned long）;

};

void add_timer（struct timer_list * timer）;

int del_timer（struct timer_list * timer）;

void init_timer（struct timer_list * timer）;

使用時(shí)鐘，先聲明一個(gè)timer_list結(jié)構(gòu)，調(diào)用init_timer對(duì)它進(jìn)行初始化。

time_list結(jié)構(gòu)里expires是標(biāo)明這個(gè)時(shí)鐘的周期，單位采用jiffies的單位。

jiffies是Linux一個(gè)全局變量，代表時(shí)間。它的單位隨硬件平臺(tái)的不同而不同。

系統(tǒng)里定義了一個(gè)常數(shù)HZ，代表每秒種最小時(shí)間間隔的數(shù)目。這樣jiffies的單位就是1

/HZ。Intel平臺(tái)jiffies的單位是1/100秒，這就是系統(tǒng)所能分辨的最小時(shí)間間隔了。所

以expires/HZ就是以秒為單位的這個(gè)時(shí)鐘的周期。

function就是時(shí)間到了以后的回調(diào)函數(shù)，它的參數(shù)就是timer_list中的data。data這個(gè)

參數(shù)在初始化時(shí)鐘的時(shí)候賦值，一般賦給它設(shè)備的device結(jié)構(gòu)指針。

在預(yù)置時(shí)間到系統(tǒng)調(diào)用function，同時(shí)系統(tǒng)把這個(gè)time_list從定時(shí)隊(duì)列里清除。所以如

果需要一直使用定時(shí)函數(shù)，要在function里再次調(diào)用add_timer（）把這個(gè)timer_list加進(jìn)

定時(shí)隊(duì)列。

2.4.4 I/O

I/O端口的存取使用：

inline unsigned int inb（unsigned short port）;

inline unsigned int inb_p（unsigned short port）;

inline void outb（char value， unsigned short port）;

inline void outb_p（char value， unsigned short port）;

在include/adm/io.h里定義。

inb_p（）、outb_p（）與inb（）、outb_p（）的不同在于前者在存取I/O時(shí)有等待（pause）一適

應(yīng)慢速的I/O設(shè)備。

為了防止存取I/O時(shí)發(fā)生沖突，Linux提供對(duì)端口使用情況的控制。在使用端口之前，可

以檢查需要的I/O是否正在被使用，如果沒有，則把端口標(biāo)記為正在使用，使用完后再釋

放。系統(tǒng)提供以下幾個(gè)函數(shù)做這些工作。

int check_region（unsigned int from， unsigned int extent）;

void request_region（unsigned int from， unsigned int extent，const char *name）

;

void release_region（unsigned int from， unsigned int extent）;

其中的參數(shù)from表示用到的I/O端口的起始地址，extent標(biāo)明從from開始的端口數(shù)目。n

ame為設(shè)備名稱。

2.4.5 中斷打開關(guān)閉

系統(tǒng)提供給驅(qū)動(dòng)程序開放和關(guān)閉響應(yīng)中斷的能力。是在include/asm/system.h中的兩個(gè)

定義。

#define cli（） __asm__ __volatile__ （”cli“：：）

#define sti（） __asm__ __volatile__ （”sti“：：）

2.4.6 打印信息

類似普通程序里的printf（），驅(qū)動(dòng)程序要輸出信息使用printk（）。在include/linux/ke

rnel.h里聲明。

int printk（const char* fmt， 。..）;

其中fmt是格式化字符串。。..是參數(shù)。都是和printf（）格式一樣的。

2.4.7 注冊(cè)驅(qū)動(dòng)程序

如果使用模塊（module）方式加載驅(qū)動(dòng)程序，需要在模塊初始化時(shí)把設(shè)備注冊(cè) 到系統(tǒng)設(shè)備

表里去。不再使用時(shí)，把設(shè)備從系統(tǒng)中卸除。定義在drivers/net/net_init.h里的兩個(gè)

函數(shù)完成這個(gè)工作。

int register_netdev（struct device *dev）;

void unregister_netdev（struct device *dev）;

dev就是要注冊(cè)進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)指針。在register_netdev（）時(shí)，dev結(jié)構(gòu)一般填寫前面

11項(xiàng)，即到init，后面的暫時(shí)可以不用初始化。最重要的是name指針和init方法。name

指針空（NULL）或者內(nèi)容為或者name［0］為空格（space），則系統(tǒng)把你的設(shè)備做為以太網(wǎng)設(shè)

備處理。以太網(wǎng)設(shè)備有統(tǒng)一的命名格式，ethX。對(duì)以太網(wǎng)這么特別對(duì)待大概和Linux的歷

史有關(guān)。

init方法一定要提供，register_netdev（）會(huì)調(diào)用這個(gè)方法讓你對(duì)硬件檢測(cè)和設(shè)置。

register_netdev（）返回0表示成功，非0不成功。

2.4.8 sk_buff

Linux網(wǎng)絡(luò)各層之間的數(shù)據(jù)傳送都是通過sk_buff。sk_buff提供一套管理緩沖區(qū)的方法，

是Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。每個(gè)sk_buff包括一些控制方法和一塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

控制方法按功能分為兩種類型。一種是控制整個(gè)buffer鏈的方法，

另一種是控制數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的方法。sk_buff組織成雙向鏈表的形式，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特點(diǎn)

，對(duì)鏈表的操作主要是刪除鏈表頭的元素和添加到鏈表尾。sk_buff的控制

方法都很短小以盡量減少系統(tǒng)負(fù)荷。（translated from article written by Alan Cox

）

常用的方法包括：

.alloc_skb（） 申請(qǐng)一個(gè)sk_buff并對(duì)它初始化。返回就是申請(qǐng)到的sk_buff。

.dev_alloc_skb（）類似alloc_skb，在申請(qǐng)好緩沖區(qū)后，保留16字節(jié)的幀頭空間。主要用

在Ethernet驅(qū)動(dòng)程序。

.kfree_skb（） 釋放一個(gè)sk_buff。

.skb_clone（） 復(fù)制一個(gè)sk_buff，但不復(fù)制數(shù)據(jù)部分。

.skb_copy（）完全復(fù)制一個(gè)sk_buff。

.skb_dequeue（） 從一個(gè)sk_buff鏈表里取出第一個(gè)元素。返回取出的sk_buff，如果鏈表

空則返回NULL。這是常用的一個(gè)操作。

.skb_queue_head（） 在一個(gè)sk_buff鏈表頭放入一個(gè)元素。

.skb_queue_tail（） 在一個(gè)sk_buff鏈表尾放入一個(gè)元素。這也是常用的一個(gè)操作。網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)的處理主要是對(duì)一個(gè)先進(jìn)先出隊(duì)列的管理，skb_queue_tail（）

和skb_dequeue（）完成這個(gè)工作。

.skb_insert（） 在鏈表的某個(gè)元素前插入一個(gè)元素。

.skb_append（） 在鏈表的某個(gè)元素后插入一個(gè)元素。一些協(xié)議（如TCP）對(duì)沒按順序到達(dá)的

數(shù)據(jù)進(jìn)行重組時(shí)用到skb_insert（）和skb_append（）。

.skb_reserve（） 在一個(gè)申請(qǐng)好的sk_buff的緩沖區(qū)里保留一塊空間。這個(gè)空間一般是用

做下一層協(xié)議的頭空間的。

.skb_put（） 在一個(gè)申請(qǐng)好的sk_buff的緩沖區(qū)里為數(shù)據(jù)保留一塊空間。在

alloc_skb以后，申請(qǐng)到的sk_buff的緩沖區(qū)都是處于空（free）狀態(tài)，有一個(gè)tail指針指

向free空間，實(shí)際上開始時(shí)tail就指向緩沖區(qū)頭。skb_reserve（）

在free空間里申請(qǐng)協(xié)議頭空間，skb_put（）申請(qǐng)數(shù)據(jù)空間。見下面的圖。

.skb_push（） 把sk_buff緩沖區(qū)里數(shù)據(jù)空間往前移。即把Head room中的空間移一部分到

Data area。

.skb_pull（） 把sk_buff緩沖區(qū)里Data area中的空間移一部分到Head room中。

--------------------------------------------------

| Tail room（free） |

--------------------------------------------------

After alloc_skb（）

--------------------------------------------------

| Head room | Tail room（free） |

--------------------------------------------------

After skb_reserve（）

--------------------------------------------------

| Head room | Data area | Tail room（free） |

--------------------------------------------------

After skb_put（）

--------------------------------------------------

|Head| skb_ | Data | Tail room（free） |

|room| push | | |

| | Data area | |

--------------------------------------------------

After skb_push（）

--------------------------------------------------

| Head | skb_ | Data area | Tail room（free） |

| | pull | | |

| Head room | | |

--------------------------------------------------

After skb_pull（）

三。編寫Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中需要注意的問題

3.1 中斷共享

Linux系統(tǒng)運(yùn)行幾個(gè)設(shè)備共享同一個(gè)中斷。需要共享的話，在申請(qǐng)的時(shí)候指明共享方式。

系統(tǒng)提供的request_irq（）調(diào)用的定義：

int request_irq（unsigned int irq，

void （*handler）（int irq， void *dev_id， struct pt_regs *regs），

unsigned long irqflags，

const char * devname，

void *dev_id）;

如果共享中斷，irqflags設(shè)置SA_SHIRQ屬性，這樣就允許別的設(shè)備申請(qǐng)同一個(gè)中斷。需

要注意所有用到這個(gè)中斷的設(shè)備在調(diào)用request_irq（）都必須設(shè)置這個(gè)屬性。系統(tǒng)在回調(diào)

每個(gè)中斷處理程序時(shí)，可以用dev_id這個(gè)參數(shù)找到相應(yīng)的設(shè)備。一 般dev_id就設(shè)為dev

ice結(jié)構(gòu)本身。系統(tǒng)處理共享中斷是用各自的dev_id參數(shù)依次調(diào)用每一個(gè)中斷處理程序。

3.2 硬件發(fā)送忙時(shí)的處理

主CPU的處理能力一般比網(wǎng)絡(luò)發(fā)送要快，所以經(jīng)常會(huì)遇到系統(tǒng)有數(shù)據(jù)要發(fā)，但上一包數(shù)據(jù)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還沒發(fā)送完。因?yàn)樵贚inux里網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一般不做數(shù)據(jù)緩存，不能發(fā)送的

數(shù)據(jù)都是通知系統(tǒng)發(fā)送不成功，所以必須要有一個(gè)機(jī)制在硬件不忙時(shí)及時(shí)通知系統(tǒng)接著

發(fā)送下面的數(shù)據(jù)。

一般對(duì)發(fā)送忙的處理在前面設(shè)備的發(fā)送方法（hard_start_xmit）里已經(jīng)描述過，即如果發(fā)

送忙，置tbusy為1。處理完發(fā)送數(shù)據(jù)后，在發(fā)送結(jié)束中斷里清tbusy，同時(shí)用mark_bh（）

調(diào)用通知系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)送。

但在具體實(shí)現(xiàn)我的驅(qū)動(dòng)程序時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣的處理系統(tǒng)好象并不能及時(shí)地知道硬件已經(jīng)空

閑了，即在mark_bh（）以后，系統(tǒng)要等一段時(shí)間才會(huì)接著發(fā)送。造成發(fā)送效率很低。2M線

路只有10%不到的使用率。內(nèi)核版本為2.0.35。

我最后的實(shí)現(xiàn)是不把tbusy置1，讓系統(tǒng)始終認(rèn)為硬件空閑，但是報(bào)告發(fā)送不成功。系統(tǒng)

會(huì)一直嘗試重發(fā)。這樣處理就運(yùn)行正常了。但是遍循內(nèi)核源碼中的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，似乎

沒有這樣處理的。不知道癥結(jié)在哪里。

3.3 流量控制（flow control）

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都需要流量控制。這些控制是在系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的，不需要驅(qū)動(dòng)程序

做工作。每個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里都有一個(gè)參數(shù)dev-》tx_queue_len，這個(gè)參數(shù)標(biāo)明發(fā)送時(shí)最

多緩存的數(shù)據(jù)包。在Linux系統(tǒng)里以太網(wǎng)設(shè)備（10/100Mbps）tx_queue_len一般設(shè)置為100

，串行線路（異步串口）為10。實(shí)際上如果看源碼可以知道，設(shè)置了dev-》tx_queue_len并

不是為緩存這些數(shù)據(jù)申請(qǐng)了空間。這個(gè)參數(shù)只是在收到協(xié)議層的數(shù)據(jù)包時(shí)判斷發(fā)送隊(duì)列

里的數(shù)據(jù)是不是到了tx_queue_len的限度，以決定這一包數(shù)據(jù)加不加進(jìn)發(fā)送隊(duì)列。發(fā)送

時(shí)另一個(gè)方面的流控是更高層協(xié)議的發(fā)送窗口（TCP協(xié)議里就有發(fā)送窗口）。達(dá)到了窗口大

小，高層協(xié)議就不會(huì)再發(fā)送數(shù)據(jù)。

接收流控也分兩個(gè)層次。netif_rx（）緩存的數(shù)據(jù)包有限制。另外高層協(xié)議也會(huì)有一個(gè)最

大的等待處理的數(shù)據(jù)量。

發(fā)送和接收流控處理在net/core/dev.c的do_dev_queue_xmit（）和netif_rx（）中。

3.4 調(diào)試

很多Linux的驅(qū)動(dòng)程序都是編譯進(jìn)內(nèi)核的，形成一個(gè)大的內(nèi)核文件。但對(duì)調(diào)試來說，這是

相當(dāng)麻煩的。調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序可以用module方式加載。支持模塊方式的驅(qū)動(dòng)程序必須提供

兩個(gè)函數(shù)：int init_module（void）和void cleanup_module（void）。init_module（）在加

載此模塊時(shí)調(diào)用，在這個(gè)函數(shù)里可以register_netdev（）注冊(cè)設(shè)備。init_module（）返回

0表示成功，返回負(fù)表示失敗。cleanup_module（）在驅(qū)動(dòng)程序被卸載時(shí)調(diào)用，清除占用的

資源，調(diào)用unregister_netdev（）。

模塊可以動(dòng)態(tài)地加載、卸載。在2.0.xx版本里，還有kerneld自動(dòng)加載模塊，但是2.2.x

x中已經(jīng)取消了kerneld。手工加載使用insmod命令，卸載用rmmod命令，看內(nèi)核中的模塊

用lsmod命令。

編譯驅(qū)動(dòng)程序用gcc，主要命令行參數(shù)-DKERNEL -DMODULE。并且作為模塊加載的驅(qū)動(dòng)程

序，只編譯成obj形式（加-c參數(shù)）。編譯好的目標(biāo)文件放在/lib/modules/2.x.xx/misc下

，在啟動(dòng)文件里用insmod加載。

四。進(jìn)一步的閱讀

Linux程序設(shè)計(jì)資料可以從網(wǎng)上獲得。這就是開放源代碼的好處。?